吸收制冷循环离子液体型三元工质体系热力学性质与循环特性

利用离子液体不挥发、液程宽、热稳定和绿色环保的特点，将其作为吸收制冷冷媒的新型吸收剂，并利用二元非共沸冷媒（水+醇类等）较低制冷温度、较高汽化潜热和导热系数、变温蒸发和冷凝的优点，构成离子液体型三元工质新体系。测定磷酸二乙酯咪唑等离子液体与二元冷媒（水+醇类）构成的三元体系气液平衡VLE、混合热、比热容等基础热力学数据，建立能够同时预测离子液体型工质溶液VLE和过量焓的模型方程，获得新工质体系吸收制冷循环特性。通过X射线衍射、红外等测试数据，获得离子液体分子结构参数（键长，键角，径向分布函数等），优化全原子力场或联合原子力场模型参数，利用Gibbs系综Monte Carlo 分子模拟技术，预测咪唑类离子液体与二元冷媒所构成工质溶液的VLE和过量焓。从分子层面上揭示离子液体分子与冷媒分子间相互作用机理和非理想行为本质（氢键和溶剂化），探索离子液体的化学组成、分子结构对工质溶液性质的影响规律。

吸收制冷与吸收热泵是回收利用工业余热，提高能源利用效率最直接和有效的技术手段。吸收制冷或热泵的循环性能和使用寿命取决于工质的热力学性质以及理化性质。传统工质H2O-LiBr容易结晶，对金属有强烈的腐蚀性，冷媒水的制冷温度不能低于0℃。因此寻求新型工质一直是制冷行业亟待解决的问题。.离子液体是一类新型绿色溶剂，具有蒸汽压低、不挥发、不易燃、液程宽、热稳定性好，对多种有机或无机物都有良好的溶解性。本研究提出将离子液体作为吸收循环冷媒的新型吸收剂，并与二元非共沸冷媒(水+醇)一起构成新型三元工质新体系。这一新体系具有不结晶，无腐蚀性，可实现零度以下制冷温度的优点。开展了新工质体系热力学性质、循环特性、以及耐腐蚀行为等方面的研究，取得以下研究成果：.合成出四种咪唑类离子液体：磷酸二甲酯乙基甲基咪唑[Emim][DMP], 磷酸二乙酯乙基甲基咪唑[Emim][DEP], 磷酸二丁酯丁基甲基咪唑[Bmim][DBP]和溴代丁基甲基咪唑[BMIM]Br。利用H1核磁共振仪表征其结构和纯度,并通过热重分析仪对离子液体进行热力学稳定性分析。所获得离子液体的纯度为98%以上，分解温度225℃，可以满足吸收循环工质的基本要求。.分别采用静态法、流动沸腾法以及绝热量热法，对9种二元溶液和6种三元工质溶液的汽液相平衡、混合焓、比热容数据进行了测量，获得大量原始热力学基础数据。采用NRTL，UNIQUAC模型以及多项式函数对汽液平衡数据、混合焓数据以及比热容数据进行关联，得到了相应的解析表达式。研究结果表明,新工质体系均表现出对拉乌尔定律形成明显的负偏差，具有明显的混合热效应。.利用所获得的热力学性质的解析式，分别模拟了[Emim][DMP]+H2O二元工质溶液和[Emim][DMP]+CH3OH+H2O三元工质溶液的制冷循环特性以及制热循环特性，其制冷循环的性能系数均在0.7以上，对于三元系，其制冷温度可以达到零度以下。.基于量子化学计算和分子模拟方法，构建了二元和三元离子液体溶液体系分子力场模型，分别计算了二元体系和三元体系的汽液平衡和混合焓，取得了与实验数据较一致的结果。利用挂片实验、电化学手段和量化计算方法，研究了不锈钢在离子液体溶液中的腐蚀形貌、极化曲线、交流阻抗。结果表明，316L不锈钢在离子液体溶液中具有明显的钝化现象，钝化区间远高于溴化锂溶液。